Ruimtelijke genexpressiepatronen van Caenorhabditis elegans in hoge resolutie

Onderzoekers van de Korswagen groep en de Van Oudenaarden groep hebben een databron gecreëerd waarmee genexpressie van de rondworm C. elegans locatie-specifiek en in hoge resolutie bestudeerd kan worden. Met behulp van deze databron hebben ze nieuwe genen ontdekt die betrokken zijn bij de mannelijke fertiliteit. Ze hebben deze resultaten gepubliceerd in Developmental Cell.

C. elegans is een kleine rondworm, waarvan de herkomst van alle cellen en hun locatie in het lichaam precies bekend is. Daardoor is het een goed model om de ontwikkeling, de functie van het zenuwstelsel en de werking van het lichaam te bestuderen. In de afgelopen decennia zijn er veel genen geïdentificeerd die betrokken zijn bij deze processen, maar om meer informatie te verkrijgen over de genexpressie die de specialisatie van cellen en weefsels regelt hebben we een volledig overzicht van genexpressie patronen nodig.

De Korswagen en Van Oudenaarden groepen hebben de genexpressie patronen langs de anterio-posterior as, dat wil zeggen de as van kop tot staart, van C. elegans onderzocht door een techniek te verfijnen die op het Hubrecht Instituut ontwikkeld is, genaamd tomo-seq. Op deze manier hebben ze het overgrote deel van de genen die langs deze as tot expressie komen geïdentificeerd en deze genexpressiepatronen hebben ze beschikbaar gesteld als databron voor andere onderzoekers.

Om deze genexpressiepatronen te kunnen gebruiken hebben de onderzoekers bio-informatische methoden ontwikkeld zodat ze genen die specifiek zijn voor een bepaalde regio, of voor een bepaald weefsel, kunnen identificeren. Met behulp van deze expressiepatronen hebben de onderzoekers ook biologische vragen bestudeerd: wat zijn de verschillen tussen sperma afkomstig van mannetjes en van hermafrodieten, en wat is de rol van de mannelijke voortplantingsorganen in mannelijke fertiliteit?

De individuen in een groep C. elegans zijn bijna allemaal hermafrodiet, wat wil zeggen dat ze spermacellen maken die hun eigen eicellen bevruchten. Ze kunnen zich dus voortplanten zonder hulp van een ander. Er zijn echter ook mannetjes C. elegans, en als die zich voortplanten met een hermafrodiet dan “wint” het sperma van de mannetjes en worden bijna alle eitjes daarmee bevrucht. Waarom het mannelijk sperma dominant is over hermafrodietensperma is nog grotendeels onbekend, maar zou kunnen komen doordat mannelijk sperma groter en sneller is. Door de genexpressiepatronen van hermafrodieten en mannetjes te vergelijken konden de onderzoekers specifieke genen ontdekken die alleen in de mannetjes tot expressie komen en waarschijnlijk een belangrijke rol spelen in dit proces. Ze hebben ook genen geïdentificeerd die specifiek tot expressie komen in de voortplantingsorganen van het mannetje. Hiertussen zitten ook eiwitten die uitgescheiden worden in het zaadvocht en die nodig zijn voor mannelijke fertiliteit. Dit zijn waarschijnlijk nieuwe componenten van het zaadvocht die nodig zijn voor gezond sperma.

Het bestuderen van genexpressiepatronen in C. elegans in het bijzonder is interessant door de vastliggende anatomie van het dier. Omdat de cellen zich altijd op dezelfde plek bevinden kunnen de genexpressie patronen goed vergeleken worden tussen verschillende dieren, waardoor het effect van mutaties in het DNA op de expressie van andere genen extra goed bestudeerd kan worden.

Spatial transcriptomics of C. elegans males and hermaphrodites identifies sex-specific difference in gene expression patterns. Annabel Ebbing, Ábel Vértesy, Marco C. Betist, Bastiaan Spanjaard, Jan Philipp Junker, Eugene Berezikov, Alexander van Oudenaarden and Hendrik C. Korswagen. Developmental Cell 2018.

Genexpressie databron: http://celegans.tomoseq.genomes.nl/

Rik Korswagen is groepsleider bij het Hubrecht Instituut en professor Molecular Developmental Genetics bij de Universiteit Utrecht

Alexander van Oudenaarden is directeur van het Hubrecht Instituut, groepsleider en professor Quantitative Biology of Gene Regulation bij het Universitair Medisch Centrum Utrecht en de Universiteit Utrecht.